Hái táo 12 tiếng mỗi ngày, một trường Đại học chi 7,5 triệu USD chế robot 'giải cứu' nông dân
Chi phí nhân công tăng vọt, còn giá táo gần như không đổi suốt hai thập kỷ. Trước áp lực đó, Đại học Cornell cùng 8 tổ chức khác tại Mỹ đang bắt tay phát triển một thế hệ robot mới, có thể thụ phấn hoa, tỉa quả, thu hoạch táo và làm cỏ giữa các hàng cây, thay cho những công việc vốn nặng nhọc và rủi ro với người lao động.
Áp lực chi phí đè lên vai người trồng táo: Vì sao cần sáng chế robot vườn cây ăn quả?
Mười lăm năm trước, chi phí nhân công chỉ chiếm khoảng 45% tổng chi phí sản xuất tại Washington Fruit and Produce, một công ty trồng táo và anh đào trên diện tích 10.000 mẫu Anh ở Yakima, bang Washington. Ngày nay, tỷ lệ này đã vượt 60%.
"Chi phí của chúng tôi tăng vọt, chủ yếu do nhân công, nhưng những khoản khác cũng vậy. Trong khi đó, giá bán táo vẫn giữ nguyên như 20 năm trước", ông Gilbert Plath, Giám đốc công nghệ của công ty, cho biết. "Ai là người chịu thiệt? Không phải nhà kho, cũng không phải siêu thị, mà là những người nông dân. Chúng ta cần tìm cách làm được nhiều hơn với ít nguồn lực hơn."
Gia đình trồng trọt thế hệ thứ tư của ông Plath là một trong 9 tổ chức trên khắp nước Mỹ đang hợp tác trong một dự án nghiên cứu do Đại học Cornell dẫn đầu. Mục tiêu của dự án là phát triển robot có thể đảm nhận những công việc nặng nhọc trong vườn cây ăn quả, từ thụ phấn hoa, tỉa quả, thu hoạch táo cho đến làm cỏ giữa các hàng cây.
Trung tâm robot vườn cây ăn quả ra đời từ khoản tài trợ 7,5 triệu USD
Dự án này vừa nhận khoản tài trợ trị giá 7,5 triệu USD trong 4 năm từ Sáng kiến Nghiên cứu Cây trồng Đặc sản thuộc Bộ Nông nghiệp Mỹ. Khoản tài trợ sẽ được dùng để thành lập Trung tâm Xuất sắc về Robot trong Vườn cây ăn quả, đặt tại Khoa Kỹ thuật Sinh học và Môi trường của Đại học Cornell.
Giáo sư Manoj Karkee, người đứng đầu dự án tại Trường Nông nghiệp và Khoa học Đời sống (CALS) của Cornell, cho biết nhiều công đoạn canh tác hiện nay không chỉ tốn nhiều nhân công mà còn tiềm ẩn rủi ro cho sức khỏe người lao động, như té ngã từ thang, tai nạn liên quan đến máy móc hay chấn thương do động tác lặp đi lặp lại.
"Khi bạn hái táo 12 tiếng một ngày, liên tục trong ba tháng, rất nhiều người bị chấn thương do lặp đi lặp lại một động tác", ông Karkee nói. "Chúng tôi muốn tự động hóa những công việc này càng nhiều càng tốt, đồng thời tạo ra cơ hội việc làm mới cho người lao động trong khâu sản xuất, bảo trì và giám sát máy móc."
Ông Karkee đồng chỉ đạo dự án cùng Giáo sư Matthew Whiting, chuyên gia trồng trọt cây ăn quả tại Đại học Bang Washington. Ngoài nguồn tài trợ nói trên, dự án còn nhận thêm hỗ trợ từ Quỹ Năng lực Liên bang do Trạm Thí nghiệm Nông nghiệp Đại học Cornell quản lý, giúp nhóm nghiên cứu hướng tới chế tạo các robot có khả năng tự hành, tự lái. Tham gia hợp tác cùng ông Karkee còn có hàng chục nhà khoa học từ Đại học Bang Washington, Đại học Bang Oregon, Đại học Bang Pennsylvania, Đại học Bang Michigan, Đại học Carnegie Mellon, Đại học Stanford và công ty Fresh Fruit Robotics của Israel.
Khi trí tuệ nhân tạo "học" cách nhìn một vườn táo
Tại Mỹ, táo là loại trái cây được tiêu thụ nhiều nhất, đóng góp khoảng 21 tỷ USD mỗi năm cho nền kinh tế. Bang New York đứng thứ hai cả nước về sản lượng táo, chỉ sau bang Washington, và dẫn đầu về sự đa dạng giống táo được trồng.
Theo nhóm nghiên cứu, bất kỳ công nghệ nông nghiệp nào, dù đột phá đến đâu, cũng sẽ vô nghĩa nếu nông dân không đủ khả năng chi trả hoặc không chịu áp dụng. Vì vậy, ngoài các kỹ sư và nhà khoa học máy tính, đội ngũ cộng sự của ông Karkee còn có cả nhà xã hội học, nhà kinh tế học và các chuyên gia làm vườn. Ông Mario Miranda Sazo, chuyên gia về cây ăn quả thuộc Cornell Cooperative Extension, sẽ phụ trách việc tiếp xúc trực tiếp với nông dân trồng táo ở New York để thu thập phản hồi, đảm bảo công nghệ được phát triển đúng với nhu cầu thực tế của họ.
Bên cạnh việc thiết kế robot, nhóm dự án còn xây dựng mô hình kỹ thuật số song sinh (digital twin) của các vườn cây ăn quả thực tế để phục vụ phân tích canh tác, huấn luyện AI nhận diện tán cây nhằm xác định những quả non cần tỉa sớm trong mùa, đồng thời phân tích các yếu tố văn hóa, kinh tế ảnh hưởng đến việc nông dân có chấp nhận áp dụng công nghệ mới hay không.
Ông Karkee cho biết phần lớn cây trồng nông nghiệp ở Mỹ hiện đã được thu hoạch bằng máy móc, và người trồng táo cũng đã chờ đợi một giải pháp robot suốt nhiều năm qua. Trong hơn hai thập kỷ, ông nghiên cứu chế tạo những cánh tay robot đủ mềm mại để xử lý trái cây mà không làm dập nát, đồng thời huấn luyện robot nông nghiệp di chuyển tự động trong vườn.
Theo ông, những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo và máy học đã giúp phòng thí nghiệm của ông tiến xa hơn nhiều trong việc huấn luyện robot nhận biết lá, thân cây và quả, từ đó tự đưa ra quyết định nên tỉa bớt quả non nào vào mùa xuân, để những quả còn lại phát triển đến kích thước có thể bán được ra thị trường.
"Các mô hình mạng nơ-ron gần đây đã thay đổi hoàn toàn cách chúng tôi xử lý dữ liệu và hình ảnh", ông Karkee, người trực tiếp điều hành các thử nghiệm tại Vườn cây ăn quả của Cornell, cho biết. "Đâu là nơi an toàn để di chuyển, trái cây nằm ở đâu, vị trí trái cây so với cành cây, giàn leo, dây thép hay lá cây khác. Tất cả những điều đó đều được robot nhận biết và xử lý ngầm bằng mô hình trí tuệ nhân tạo."
"Biến ý tưởng sáng tạo thành hiện thực"
Ông Avi Kahani, người sáng lập kiêm CEO của Fresh Fruit Robotics, bắt đầu ấp ủ ý tưởng chế tạo robot tự động hóa công việc vườn cây ăn quả từ nhiều thập kỷ trước, khi còn làm quản lý vườn cây tại một kibbutz ở miền bắc Israel. Là kỹ sư cơ khí, ông đã dành hơn 10 năm để phát triển các robot phục vụ công việc này.
"Biến sự đổi mới thành hiện thực vẫn là một trong những thách thức lớn nhất với một công ty như chúng tôi", ông Kahani nói. "Chúng tôi thấy nhiều điều tuyệt vời được các trường đại học và tổ chức khác phát triển, nhưng sau đó phải xem xét liệu chúng có phù hợp với thực tế hay không, có hiệu quả hay không, và quan trọng nhất là có tiết kiệm chi phí cho người trồng hay không."
Ông cho biết một trong những phản hồi phổ biến nhất mà ông nhận được từ nông dân là nếu máy móc quá đắt đỏ mà chỉ hỗ trợ được mỗi khâu thu hoạch, lợi tức đầu tư sẽ không đáng để họ bỏ tiền ra mua. Ngược lại, nếu một robot có thể hỗ trợ nhiều công việc trong suốt cả năm, như tỉa cành vào mùa đông, thụ phấn và tỉa thưa vào mùa xuân, thu hoạch vào mùa thu, thì khoản đầu tư đó sẽ hợp lý và tiết kiệm hơn nhiều cho người trồng.
"Giờ đây không ai còn nghĩ đến việc hái bông hay thu hoạch ngô bằng tay nữa. Thị trường trái cây đặc sản thực sự đang cần những giải pháp tương tự cho phân khúc của mình", ông Kahani nói. "Tôi tin rằng với sự chung tay của những người trồng trọt, một công ty như chúng tôi và các nhà nghiên cứu, chúng ta sẽ sớm thấy robot xuất hiện trong các vườn cây ăn quả thương mại."
Giai đoạn chuẩn bị ban đầu của dự án được hỗ trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu và Đổi mới thuộc CALS, thông qua các khoản tài trợ tập trung vào trí tuệ nhân tạo trong nông nghiệp, an ninh lương thực, phát triển bền vững, y tế và khoa học đời sống.
